基于钻井液性能的卡钻预测.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 1 1 年 7月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F L UI D COMP LE TI ON F L UI D v 0 1 ． 2 8 No ． 4 J u l y 2 0 1 1 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 l 1 0 4 ． 0 0 2 5 0 2 基于钻井液性能的卡钻预测 谢鑫 ， 付建红 ， 唐世忠 ， 步宏光 1 ．“ 油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 西南石油大学，成都 ； 2 ． 大港油田采油工艺研究院，天津 摘要 目前的卡钻研究仅仅考虑了钻井液密度的影响，而没有考虑钻井液其他的性能，因此对预测卡钻有很 大的误差。R S ／ 参数全面地考虑了钻井液综合性能，能全面地判断卡钻的发生，为卡钻的控制提供 了可靠的办法。 计算 了大港地 区的已卡钻井随深度变化的R S ／ 参数，得出了随井深变化的R S ／卡钻曲线，同时与未卡钻井的R S ／ 曲线进行比对，所得结果与实际吻合较好。 关键 词R S ／； 卡钻 ； 环 空返速 ； 卡钻 曲线 中图分类号 T E 2 8 5 文献标识码 A 钻井液 的各个参数之 间有着密不可分 的联系 ， 而在 以前对卡钻的研究 中只考虑了钻井液密度对卡 钻的影 响，对卡钻的控制和预测有较大误差 。因此 只有综合考虑钻井液的各种参数对卡钻的影响 ，才 能更好地预测卡钻的发生 。 1 计 算理论 1 ． 1 卡钻 机理 大多数卡钻 的发生与钻井液性能有关 。压差卡 钻是钻井过程最常见 的卡钻事故 ，最容易卡住的是 钻铤 。滤饼是发生卡钻的主要原因，滤饼 的形成有 2个原因 固相颗粒 吸附在岩石表面 ；同相颗粒沉 积在井壁上。钻井液岩屑输送 比足 高 ， 井眼清洁好 ， 则卡钻的几率小 。足 的计算公式如下 】 。 R t 其 中 7 ． 7 2 0 4 1 0 6 ． ／／／ 2 ．3 2 3 6 5 K 0 ． 6 0 2 n Drn 9 3 4D _ 2 o 4 n o 5 9 4 p ，『 4 由式 1 可知，随着钻井液密度的增加，固体 颗粒在静止钻井液中的沉降速度变小，岩屑传送比 变大 ，井眼清洗的效率提高 ，则卡钻发生概率降低 。 由式 2 可确定最优 的钻井液环空返速 ，环空返速 过大会 出现高的循环 当量密度和井眼垮塌 ，过低会 使钻井液的岩屑输送 比变小。最优的环空返速与塑 性黏度和有效黏度有关 ，动塑比增大，钻井液最优 返速增大 ，井眼清洁效率增大 ，卡钻发生的几率小。 。 5 42．I I -I I 2 l J I J 塑性黏度 、动切力与温度 的关系 【 l 】 PV 2 9 4 ． 1 6 6 ． 3 9 7 I n 0 ． 4 7 7 ． 0 0 0 6 T 3 y P y _P n 0 ． 0 0 4 T T o 一 0 ． 9 T T o 5 5 4 由式 3 、式 4 可知 ，随温度 的升高 ，钻井 液塑 性黏度减小 、动切力增大 ，因此动塑 比增大。 其中， 为环空岩屑上升速度 ， 为岩屑颗粒在静 止钻井液 中的下降速度 ， 为环空返速， 。 为最 优钻井 液返 速，r n ／ s； 户 ／ p ，P 为岩屑 的密 度 ，P 为 钻井液 的密度 ，g ／ c m ； D 为岩屑颗粒平 均颗粒直径 ，D 为井眼直径与钻柱外径的差 ，m ； 刀为黏性指数 ； K为稠度系数 ； 为钻井液有效黏度 ， mP a S； 为 时的动切力 。 随着 固相含量的增加 ，固体颗粒之间的作用力 会增加 ，从而降低卡钻发生的概率。选择适当喷嘴 直径，降低钻头的压耗、增加射流力，使岩屑离开 井底 ，井眼的清洗效率会增加 ，卡钻发生概率也会 降低 。因此 ， 只有对钻井液的性能进行综合 的评价 ， 才能有效地预测卡钻 的出现。 第一作者简介 谢鑫，1 9 8 4年生，0 8级在读硕士研究生，现从事钻井工艺研究。地址 四川省成都市新都区西南石油 大学研究生部硕 0 8级 3班 ； 邮政编码 6 1 0 5 0 0；电话 1 3 6 6 8 1 8 4 7 0 3； E ma i l x i e x i n 8 4 1 2 2 4 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 7月 1 ． 2计算方法 根据 文献 [ 2 ] ，选取钻 井液密度 、井深 、漏 斗 黏度 、同体含量 、 ㈣、G e l 。 温度 、塑性黏 度 、动切力 、钻井 液冲洗作用参 数 WO F、停泵效 应参数 P F F作为预测是否卡钻的计算参数 ，以上参 数取井底的值。使用考虑 以上各参数 的降低卡钻指 数 R S ／ 来对 卡钻进行预测。 在紊流流态下 尺 I 5 6f 胛 F 5 【 F 尸 6 o o J 肿 V n 一t l 6 62 4 尸 一 l f J ⋯ f D 1 W O FI 一I 7 【 Jp △ J 在层流流态下 RS I Y P ．G ello 厂 8 其 中， 为停泵前 的环空 流速 ，△ 为停 泵前 后环空流速的差值 ，m ／ s ； t 为泵每天的T作时间 ，h ； P为立管 力 ，AP 为钻头压耗 ，P a 。 存 同一 区块 中，在层流流态下 ，R S ／ 的计算值 小于 已发生卡钻井 的 R S ／ 值 ，则卡钻不会发生 ； 在 紊流流态下 ，计算得到的 R S ／ 值大于已发生卡钻井 的 R S ／ 值 ，则卡钻不会发生。 2 实例计 算 在大港地区钻井时 ， 卡钻事故时有发生。其中， Al 井使用 2 1 5 ． 9 i n m P DC钻头钻至井深 2 9 8 4 m 时 ，停转盘上提钻具遇卡 ，钻 具卡死。A2井下钻 至井深 3 8 5 8 m 遇阻 ，上提至井深 3 8 5 5 m时遇卡 。 循 环划眼至井深 3 8 8 0 ． 2 1 m，下钻至井深 3 8 8 2 m 遇阻 ，划眼到井深 3 8 8 5 ． 6 6 m，钻机负荷突然增大 ， 悬重 消失 ，发现钻具 自方保接头 以下脱扣落人 井 底 。A3井下 降斜钻具侧钻 ，下钻过程有 多次遇阻， 接立柱时有不 同程度的压差卡钻现象。当下钻至井 深 2 9 5 4 m接 立柱 时，钻具 卡死。A4井 钻至井深 3 4 7 5 m时 ，倒划 眼修整井壁 至井深 3 4 5 7 ． 4 9 I Y l 时 发生卡钻事故 ，倒划眼上提 ，再次因扭矩过大憋停 顶驱 ，而后上提遇卡 ，下放遇阻，钻具卡死 。由于 这几 口井的井眼直径均不小于 2 1 5 ． 9 ml y l ，因此可以 认为环空流体流态为层流 。以这 4口卡钻 井的钻 井参数计算降低卡钻指数 R S ／ 的值，绘制 r R S ／ 随 井深变化图 ，如图 l 所示 。 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 3 4 0 0 3 60 0 3 8 0 0 4 0 0 0 4 2 0 0 4 4 0 0 井深／ m 图 1 随 深变化的 钻 R S ／ 值 大港地 区的 Bl 、B 2、B 3和 B 4井在钻井 巾没 有 发生卡钻 事故 ，其 随井深变化 的 R S ／ 值 图 2 由同 2得出，层流流态下 ，当井在特定深度的钻 J } 液的降低卡钻指数 R S ／ 小于在 同深度下的卡钻井 的 R S ／ 的情况时 ，在钻井过程叶 l 不会发生 钻。 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 3 4 0 0 3 6 0 0 3 8 0 0 40 0 0 4 2 0 0 4 4 0 0 井深／ m 2 不同外随蚪深变化的R S I 值 3 结 论 1 ． 为 r控制卡钻的发生 ，应在保证小于地层破 裂压力梯度的条件下 ，适 当的提高动塑 比、钻 液 的密度 、固相含量，能增大携岩的能力 、保持片跟 清洁，从而降低压差卡钻的发生 ； 同时选取适 当的 环空返速对卡钻的发生也有着很重要的作用 2 ． 该预测卡钻的方法在对大港地 区 8口井的模 拟中，得到的结果与实际较吻合 ，因此该方法 简单 易行 、准确率高。 参 考 文 献 [ 1 ] A b d u l l a h M Qa h t a n i ，Md A ma n u l l a h ． P r e d i c t i o n o f H o l e Cl e a ni ng Ef fic i e n c y Us i ng a Si mpl e， Us e r Fr i e ndl y an d B e t t e r P e r r mi n g S i mu l a t i o n Mo d e l [ R ] S P E、 3 6 9 1 1 [ 2 ] Me s c h i M R ． A Ne w C r i t e r i a t o P r e d i c t S t u c k P i p e Oc c u r r e n c e [ R ] ． S P E 1 2 3 7 6 ，2 0 1 0 ． 收稿 日期2 0 1 0 1 2 1 1 ；H GF 1 1 0 3 N1 ；蝙辑王小挪 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m